機械設(shè)計制造及自動化發(fā)展方向

錢 程

（無錫利歐錫泵制造有限公司，江蘇無錫 214124）

0 引言

我國機械設(shè)計制造領(lǐng)域較一些歐美國家起步晚，但我國充分認(rèn)識到此領(lǐng)域?qū)?jīng)濟發(fā)展的重要性，對該領(lǐng)域開發(fā)的資金支持不遺余力，相關(guān)人員也在盡全力進行研發(fā)。目前該領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，正在向自動化方向前進，已經(jīng)使我國與歐美各國之間差距縮小甚至反超。

1 機械設(shè)計制造自動化的特點及原則

1.1 機械設(shè)計制造自動化的特點

機械設(shè)計自動化最主要的特點就是高效率和高質(zhì)量。傳統(tǒng)機械設(shè)計制造領(lǐng)域，多是由技術(shù)工人利用操作設(shè)備進行制造工作。由于部分勞動者的文化水平較低，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中對設(shè)備的操作技巧掌握程度不同，致使產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，嚴(yán)重浪費包括時間、原料等在內(nèi)的企業(yè)資源，并且具有一定安全隱患。利用自動化進行制造則可以有效避免上述難題。所謂自動化，實際上是利用提前編程、設(shè)計程序的方法用電腦對制造設(shè)備進行控制，極大地減少了在操作過程中人為因素的影響。一方面使產(chǎn)品的質(zhì)量得到最大程度的統(tǒng)一，另一方面由于利用電腦控制制造設(shè)備可以進行不間斷作業(yè)，使產(chǎn)品生產(chǎn)效率也得到提高。

1.2 機械設(shè)計制造自動化的原則

（1）實用性原則。一般在機械自動化設(shè)備中主要包括2 個方面的基本功能，分別是安全控制和設(shè)備信息控制。對這2 方面進行落實時務(wù)必要注意實用性原則，既要保證其安全措施能夠不影響正常生產(chǎn)過程，使措施能夠充分與生產(chǎn)過程相融合，又要保證對生產(chǎn)過程各部分的統(tǒng)籌兼顧，提高設(shè)備設(shè)計的綜合效果，進而提高設(shè)備生產(chǎn)效率[1]。

（2）安全性與可靠性原則。在設(shè)備進行生產(chǎn)過程中，必須將此項原則貫穿始終，以保證設(shè)備能夠在出現(xiàn)故障時得到最快速度處理，這就要求相關(guān)人員要對設(shè)備的運作原理進行充分細致了解。相關(guān)設(shè)計者要對設(shè)備的使用情況進行周期性調(diào)查，根據(jù)使用情況對設(shè)備進行不斷更新升級，以滿足制造設(shè)備對安全性和可靠性的需要。

（3）先進技術(shù)運用原則。由于提高設(shè)備的先進性的目的是為提高生產(chǎn)效率，因此先進技術(shù)自然而然地成為主要利用手段，這就要求必須要將現(xiàn)代化的應(yīng)用作為提高設(shè)備屬性的基礎(chǔ)，提高設(shè)備自動化智能水平，實現(xiàn)設(shè)備在線升級。

2 機械設(shè)計制造自動化的發(fā)展方向

2.1 機電一體化

機電一體化實際是指將機械、電子、自動化等方面的技術(shù)根據(jù)產(chǎn)品需求進行有機結(jié)合，創(chuàng)造出能夠與產(chǎn)品最為契合的生產(chǎn)設(shè)備，這是一種機械設(shè)計制造自動化更高層次的發(fā)展，使原本復(fù)雜的產(chǎn)品生產(chǎn)程序簡單化。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，機電一體化的發(fā)展也終將逐步走向成熟，與各企業(yè)的聯(lián)合也一定會越來越緊密，幫助企業(yè)降低在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的失誤頻率、提高生產(chǎn)效率，并且能夠大大提升企業(yè)內(nèi)部監(jiān)管運營的檢驗效率。

2.2 智能化

智能化是機械設(shè)計制造自動化的必然要求，也是其更深層次的發(fā)展方向。通過對生產(chǎn)設(shè)備進行智能化設(shè)計，已經(jīng)有相當(dāng)一部分工廠企業(yè)利用計算機科學(xué)技術(shù)、GPS 技術(shù)等電子科技技術(shù)與機械制造的結(jié)合，將人類的生產(chǎn)模式經(jīng)過優(yōu)化與改良輸入到電腦程序當(dāng)中，使之具備與人類相比更為優(yōu)秀的推理、判斷、分析、操作等能力，實現(xiàn)無人守候的生產(chǎn)模式，大幅度提高生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。并且對于一些危險性較高的操作過程，由機器代替人類能夠有效地降低安全事故發(fā)生頻率，保證人類安全健康，減輕工人操作負(fù)擔(dān)[2]。以青島無人碼頭為例，該碼頭為亞洲首個全自動化碼頭，在船舶靠岸之前，碼頭便能夠根據(jù)船舶信息，提前設(shè)置出作業(yè)計劃并下達作業(yè)指令，集裝箱吊轉(zhuǎn)、拆卸鎖墊、集裝箱搬運，全部都由機械手臂或無人駕駛的引導(dǎo)車等自動化設(shè)備完成，全程無人參與，人力投入減少70%，工作效率提高30%，成為世界上自動化程度最高，裝卸效率最快的碼頭。相信在日后機械設(shè)計制造自動化中智能化發(fā)展道路上，一定會表現(xiàn)出更多優(yōu)勢與特點，為經(jīng)濟發(fā)展做出更為巨大貢獻。

2.3 數(shù)字化

數(shù)字化是指將設(shè)備生產(chǎn)的實際信息進行數(shù)字化，錄入到電腦程序當(dāng)中，根據(jù)電腦中運行的數(shù)據(jù)來對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程進行操控與監(jiān)控，優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)程序。此項操作不僅能夠大幅度減少流水線上的人力資源投入，還能夠?qū)崿F(xiàn)對操作車間的遠程操控，提高工作便捷性，降低事故發(fā)生概率，減少設(shè)備護理成本。以東莞某家無人工廠為例，該工廠有60 臺機械手臂，分成10 條生產(chǎn)線24 h 不間斷打磨手機中的框結(jié)構(gòu)件。每條生產(chǎn)線只有3 名工人負(fù)責(zé)看線和檢查，極大地減少了對人力資源的需求，解放了工廠90%、近600 名生產(chǎn)力，從長遠來看，不僅減少了人力成本的投入，而且使產(chǎn)品質(zhì)量得到大幅度提高。

2.4 微型化

隨著社會需求不斷發(fā)展增加，原本體積大、運輸不便的傳統(tǒng)機械設(shè)計制造產(chǎn)品已經(jīng)不符合時代發(fā)展的需求，需要對產(chǎn)品進行更新?lián)Q代，在保證其質(zhì)量與功能不變甚至提高的前提下，要求產(chǎn)品體積不斷縮小，以提高產(chǎn)品的使用價值、減少運輸成本。越來越多的老牌行業(yè)與新興行業(yè)都對體積小、重量輕的微型機械產(chǎn)生了巨大需求，其中較為典型的就是微型管道作業(yè)、微型排爆作業(yè)等微型操作領(lǐng)域以及對納米材料的廣泛應(yīng)用。正因為如此，我國的機械設(shè)計制造自動化正在朝著微型化發(fā)展并由此出現(xiàn)了多種學(xué)科分支，如微機構(gòu)學(xué)、微構(gòu)建材料力學(xué)等。但是目前針對此種發(fā)展趨勢還有一些問題亟待解決，如對摩擦力還無法克服，這對高精尖設(shè)備的實際使用影響極大，使得很多此類設(shè)備還無法實現(xiàn)微型化。

2.5 模塊化

模塊化其實是指各企業(yè)之間的團結(jié)協(xié)作，由于很多工廠都只是生產(chǎn)一類產(chǎn)品中的某一種或某幾種部件。如果從事同一產(chǎn)品不同部件的生產(chǎn)工作的企業(yè)之間沒有形成模塊、進行聯(lián)合，自顧自進行生產(chǎn)，那么將會造成產(chǎn)品無法組裝、更無法使用的情況發(fā)生。因此務(wù)必要在機械設(shè)計制造自動化的過程當(dāng)中兼顧模塊化的發(fā)展趨勢，不同廠家的產(chǎn)品一定要在接口上相匹配，這要求某一領(lǐng)域中的各企業(yè)要設(shè)定出一種標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，各企業(yè)按照參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)實施生產(chǎn)，并且能夠為新產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)提供參考，以提高機械自動化企業(yè)的生產(chǎn)效率。

2.6 虛擬化

虛擬化是指由東南大學(xué)胡如夫首次提出的一種借助計算機和信息化技術(shù)，將機械產(chǎn)品的設(shè)計虛擬化的發(fā)展方向，是近幾年新產(chǎn)生的一種技術(shù)。虛擬化主要體現(xiàn)在機械設(shè)計制造自動化的產(chǎn)品設(shè)計階段，與傳統(tǒng)手工繪圖不同，虛擬化模式下的繪圖主要是利用CAD 或CAPP 等新興的電腦繪圖軟件，利用此種電腦程序進行繪圖，有修改方便，易于保存，縮短繪圖時間等優(yōu)勢，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，提高生產(chǎn)效率[3]。在此方面上，目前已經(jīng)有了更為先進的機械設(shè)計虛擬化技術(shù)，即Remote APP，既保留原來的虛擬繪圖軟件的優(yōu)勢，又新增了通過云平臺實現(xiàn)遠程操控的新技能。

2.7 全球化

機械設(shè)計制造自動化領(lǐng)域的全球化是指在經(jīng)濟全球化的大背景下，不應(yīng)只滿足于利用本國的技術(shù)對本國農(nóng)業(yè)、工業(yè)、軍事、航空航天等領(lǐng)域進行服務(wù)，而是一方面要具有國際眼光，要利用此種技術(shù)服務(wù)于世界，另一方面還要吸收他國機械設(shè)計制造自動化技術(shù)，與他國進行合作，使此種技術(shù)應(yīng)用邁上一個新的臺階。在這兩點上，我國已經(jīng)有了先進的發(fā)展眼光，一方面將此領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)品出口，使世界各國人民都能享受到機械設(shè)計制造自動化帶來的福利。如我國高鐵列車向東南亞以及非洲多個國家出口，既幫助了他國，也促進中國與多個國家的經(jīng)濟貿(mào)易發(fā)展，為全球的經(jīng)濟發(fā)展做出巨大貢獻；另一方面又積極與他國展開技術(shù)合作，如在航空機械方面，在發(fā)動機的制造上就與俄羅斯展開合作，共同促進航空機械的發(fā)展。

2.8 綠色化

目前，我國對環(huán)境保護越來越重視，環(huán)保觀念已經(jīng)融入到人們生產(chǎn)生活的方方面面，機械設(shè)計制造自動化自然也不例外。此領(lǐng)域中的環(huán)保主要體現(xiàn)在生產(chǎn)設(shè)備的維修和使用環(huán)節(jié)，在這兩個環(huán)節(jié)上降低對能源的損耗以及工業(yè)廢棄物的產(chǎn)生量。這是此領(lǐng)域在環(huán)境保護、綠色化方面將要進行的持續(xù)性改進，也是促進我國機械產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的重要措施。

3 總結(jié)

機械設(shè)計制造自動化在農(nóng)業(yè)、工業(yè)，軍事及航天領(lǐng)域均有所利用，對我國經(jīng)濟發(fā)展來說意義重大。因此我國應(yīng)該再加大對此領(lǐng)域的研究力度，提升機械設(shè)計制造自動化領(lǐng)域的科技水平，使我國的機械制造行業(yè)能夠進入一個嶄新階段，完成從制造大國到制造強國的轉(zhuǎn)變。